Підручник з Астрономії (рівень стандарту). 11 клас. Пришляк - Нова програма

4. Дослідження тіл Сонячної системи за допомогою космічних апаратів. Гіпотези і теорії формування Сонячної системи

Появу космонавтики зумовили нові запити людства щодо дослідження космосу. Отже, головними завданнями для цієї галузі астрономії стали виведення штучного супутника Землі на її орбіту, політ людини в космічний простір, висадка людини на поверхню Місяця, освоєння планет, розташованих в межах Сонячної системи та за її межами, а також здійснення експедицій до далеких зір. Нині перебування людини в космосі вже не є дивиною, проте людство зробило лише кілька перших кроків тривалого та захоплюючого шляху, який належить подолати космонавтиці.

Космонавтика — це комплексна науково-технічна галузь, що займається дослідженням та використанням космічного простору за допомогою автоматичних і пілотованих космічних апаратів

Значний внесок у створення наукових основ космонавтики, пілотованих космічних кораблів та автоматичних міжпланетних станцій зробили українські вчені. Зокрема, Ю. Кондратюк (О. Шаргей) у 1918 р. обчислив траекторію польоту на Місяць. Пізніше вона була застосована американськими ученими під час підготовки космічних експедицій «Аполлон».

Рис. 4.1. Сергій Корольов під час керування польотом космічного корабля «Восток»

Початок космічної ери було покладено 4 жовтня 1957 р., коли відбувся запуск ШСЗ під керівництвом С. Корольова (рис. 4.1). Цей видатний конструктор перших у світі космічних кораблів і міжпланетних станцій народився, виріс і отримав освіту за фахом авіційного конструктора в Україні (Київський політехнічний інститут). Корольов очолював створення АМС, які перші в історії космонавтики досягли Місяця, Венери та Марса. Але найбільшим досягненням на той час став перший пілотований політ космічного корабля «Восток», на якому 12 квітня 1961 року льотчик-космонавт Ю. Гагарін здійснив космічну подорож (рис. 4.2). Відтоді цю дату по всьому світу відзначають як Всесвітній день космонавтики, а Корольова називають батьком космонавтики.

Рис. 4.2. Юрій Гагарін

Ще однією історичною подією на шляху підкорення людиною космічного простору стала славнозвісна місячна експедиція американських астронавтів Армстронга, Коллінза й Олдріна, що тривала 16-24 липня 1969 р.

Протягом ХХ ст. у розвиток дослідження космічного простору значний внесок зробили космонавти-українці: В. Ляхов, Г. Береговий, В. Жолобов, Л. Кизим, А. Левченко, П. Попович, Г. Шонін, А. Арцебарський, Ю. Каденюк (перший космонавт незалежної України).

Павло Попович

Здійснив польоти у складі екіпажів космічних кораблів «Восток-4» (1962 р.), «Союз-14» (1974 р., був командиром корабля). Під час експедиції на «Восток-4» провів перші експерименти з радіозв'язку

Володимир Ляхов

Здійснив польоти у складі екіпажів космічних кораблів «Союз-32» (1979 р.), «Союз Т-9» (1983 р.), «Союз ТМ-6» (1988 р.). Під час експедиції працював на орбітальних станціях «Салют-6» та «Салют-7»

Леонід Кизим

Здійснив польоти у складі екіпажів космічних кораблів «Союз Т-3» (1980 р.), «Союз Т-10» (1984 р.), «Союз Т-15» (1986 р.). Під час третьої експедиції працював на орбітальних станціях «Салют-7» та «Мир»

Анатолій Арцебарський

Здійснив політ у складі екіпажу космічного корабля «Мир» (1991 р.). Під час експедиції здійснив 6 виходів у відкритий космос

Юрій Каденюк

Здійснив політ у складі екіпажу американського шаттла «Коламбія» (1997 р.). Під час експедиції провів ряд біологічних експериментів щодо впливу стану невагомості на рослини

Орбітальні станції відкрили людству нові можливості у дослідженні космічного простору. Вони стали стаціонарними науковими базами, оснащеними лабораторіями для проведення різних експериментів, спостережень і дослідів. Створення на орбітальній станції комфортабельних умов для проживання дозволило людині перебувати в космосі тривалий час — від кількох днів до кількох місяців.

Уперше запуск гігантських орбітальних станцій — радянської «Салют» та американської «Скайлеб» відбулося в 1970-ті рр. Одним із головних завдань, які ставили перед собою конструктори цих станцій, було дослідити, як впливає на організм людини тривале перебування в космосі.

У 1986 р. на навколоземну орбіту була виведена станція «Мир» (рис. 4.3.). Протягом років існування на ній було проведено чимало наукових програм.

Рис. 4.3. Орбітальна космічна станція «Мир»

Починаючи з 1998 р. космічний простір активно досліджують учені різних держав, працюючи на Міжнародній космічній станції (МКС) (рис. 4.4.). Цю пілотовану орбітальну станцію використовують як багатоцільовий космічний дослідницький комплекс. МКС — спільний міжнародний проект, у якому беруть участь 14 держав — США, Росія, Японія, Канада та країни, що входять до Європейського космічного агентства. Основною метою створення станції стала можливість проведення експериментів, які потребують наявності унікальних умов космічного польоту. Головними галузями досліджень на МКС є біологія, фізика, астрономія, космологія та метеорологія.

Рис. 4.4. Міжнародна космічна станція (МКС)

Метою, яку ставить перед собою міжнародна космонавтика, є освоєння найближчим часом Марсу. Тож нині розробляється відповідна програма. Під час міжпланетних польотів космічний апарат (КА) буде летіти по еліпсу, у фокусі якого перебуває Сонце. Найвигідніша траєкторія з найменшою витратою енергії пролягатиме по еліпсу, який є дотичним до орбіт Землі й Марса. Точки старту та прильоту лежать на одній прямій по різні боки від Сонця (рис. 4.5). Такий політ в один бік триватиме понад 8 місяців. Космонавтам, які в недалекому майбутньому відвідають Марс, треба врахувати, що одразу повернутися на Землю вони не зможуть. Справа в тому, що наша планета рухається по орбіті швидше, ніж Марс, і через 8 місяців його випередить. Для повернення космонавтам доведеться чекати на Марсі ще 8 місяців, поки Земля знову займе вигідне положення. Тобто загальна тривалість експедиції на Марс становитиме близько двох років.

Рис. 4.5 Траєкторія перельоту із Землі на Марс

Етапи дослідження Сонячної системи за допомогою космічних апаратів

Рік

Подія

1957

Запуск штучного супутника Землі, початок космічної ери. З'явилася можливість створення космічних лабораторій

1958

Відкриття радіаційних поясів Ван-Аллена. Микола Козирєв відзначає в місячному кратері «Альфонс» ознаки вулканічної діяльності

1959

Радіолокація Сонця (США). Станція «Луна-2» не виявила у Місяця магнітного поля. Отримано перші фотографії зворотного боку Місяця

1961

Перший політ людини в космос

1961—1964

Радіолокація Меркурія, Венери, Марса, Юпітера (СРСР і США). Уточнені величина а. о. і період обертання Венери навколо Сонця, визначені період осьового обертання Венери (виявився зворотним), температура і фізичні характеристики поверхні планет

1965

Відкриття реліктового випромінювання. Перші фотографії поверхні Марса («Марінер-4»)

1967

Дослідження атмосфери Венери з апарату, що спускається («Венера-4»)

1969

Висадка «Аполлона-11» на Місяць. Перший вихід людини на поверхню Місяця (США)

1971

Перша м'яка посадка на Марс («Марс-3»)

1974

Сенсаційний висновок Стівена Хокінга про можливість «випаровування» чорних дір

1975

Перша фотопанорама поверхні Венери («Венера-9», «Венера-10»)

1975

Фотографії Фобоса, Деймоса і поверхні Марса («Вікінг-1», «Вікінг-2»)

1977

Відкриття кілець Урана. Запуск «Вояджера-2», який передав безцінну інформацію про зовнішні дані планет Юпітера, Сатурна (1981), Урана, Нептуна (1989)

1978

Відкриття Харона, супутника Плутона (Дж. У. Крісті, США)

1979

Виявлено кільця у Юпітера

1986

Дослідження комети Галлея АМС «Вега» і «Джотто». У Урана виявлено 10 нових супутників

1990

Запуск космічного телескопа «Габбл»

1995

Автоматичний космічний апарат «Галілео» досяг Юпітера і вперше взяв проби атмосфери

1998

Початок функціонування першої багатонаціональної космічної станції. Найбільший на сьогоднішній день штучний об'єкт, побудований в космосі

2001

Перша посадка на астероїд. Астероїд Ерос, космічний апарат NEAR Shoemaker

2003

Посадка на Марс. Марсохід досліджував структуру ґрунту планети

2004

Автоматичний космічний апарат «Кассіні» досяг орбіти Сатурна

2005

Перша м'яка посадка на Титан. Космічний апарат «Кассіні»

2007

Перша успішна посадка в полярному регіоні Марса. Апарат знайшов воду в ґрунті планети

2009

Запуск місії Kepler. Перший космічний телескоп, призначений для пошуку екзопланет, подібних до Землі

2014

Перший штучний зонд для планової і м'якої посадки на комету. Зонд Розетта, комета Чурюмова-Герасименко

2014

Міжпланетний космічний зонд «Нові горизонти» досяг орбіти Плутона

2015

Вперше у космосі було вирощено їжу (салат)

2019

Перша м'яка посадка на зворотній стороні Місяця

Гіпотези і теорії формування Сонячної системи. З найдавніших теорій походження Сонячної системи відомо вчення Рене Декарта. Його космогонічна гіпотеза — теорія вихорів — протягом певного часу конкурувала з теорією всесвітнього тяжіння. Він вважав, що Сонце, як і інші зорі, оточене ефірною речовиною, яка розповсюджується на великі відстані у всіх напрямках. Обертаючись, Сонце спричиняє обертальний рух прилеглих областей цієї речовини, потім вони, зі свого боку, передають його наступним областям, так що, нарешті, вся маса приходить в обертання. У цьому ефірному вихорі мчать навколо Сонця планети. Проте Декарт не зміг сформулювати закони планетних рухів, тому його гіпотеза не отримала подальшого розвитку. Тільки з другої половини XVIII ст. пропонуються еволюційні космогонічні гіпотези такими вченими, як Бюффон, Кант, Лаплас, Рош, Мейєр, Лоньєр, Бікертон.

Зараз загальноприйнятою є гіпотеза, що формування Сонячної системи почалося близько 4,6 млрд років тому з гравітаційного стискування невеликої частини гігантської міжзоряної газопилової хмари. Ця початкова хмара, ймовірно, сягала за розмірами кількох світлових років і була прародичем для кількох зір.

У процесі стискування розміри газопилової хмари зменшувалися і через закон збереження моменту імпульсу зростала швидкість обертання хмари. Центр, де зібралася більша частина маси, ставав усе гарячішим у порівнянні з навколишнім диском. Через обертання хмари швидкості її стискування паралельно і перпендикулярно до осі обертання відрізнялися, що призвело до ущільнення хмари, формування характерного протопланетного диска діаметром близько 200 а. о. і гарячої, щільної протозорі в центрі.

Дізнайтеся більше про гіпотези і теорії формування Сонячної системи.

Контрольні запитання і завдання

  • 1. Коли відбувся перший політ людини у відкритий космос?
  • 2. Який внесок зробили українські вчені у розвиток космонавтики?
  • 3. Скільки мінімально має тривати політ на Марс?
  • 4. Коли і як утворилася Сонячна система згідно з загальноприйнятою теорією?
  • 5. Скористайтеся додатковими джерелами інформації. Знайдіть відомості про гіпотезу формування Сонячної системи В. Фесенкова і підготуйте стислу доповідь.

Виконайте тестові завдання із автоматичною перевіркою на сайті «Інтерактивне навчання».

Висновки. Планети земної групи мають порівняно невеликі розміри (їхня загальна маса не перевищує 0,5% маси всіх планет Сонячної системи) і являють собою тверді тіла з високою середньою густиною.

Усі планети земної групи мають схожу будову та складаються з ядра, мантії, твердої кори. Для їхніх поверхонь є характерними кратери, гори, вулкани.

Планети-гіганти за хімічним складом нагадують зорі, не мають твердої поверхні, тому на них неможливо посадити космічний корабель. Під холодними хмарами вони мають гарячі надра, температура яких сягає десятків тисяч градусів.

Астероїди, комети, метеороїди є залишками тієї величезної хмари космічної речовини, з якої утворилися Сонце і великі планети.

Основний пояс астероїдів розташовується між Марсом та Юпітером, але за орбітою Нептуна існують ще мільйони планетоподібних тіл (пояс Койпера) та мільйони кометних ядер (хмара Оорта).

Починаючи з 1957 р., людство почало активно досліджувати Сонячну систему за допомогою космічних апаратів. Багато українських учених взяли участь у розвитку світової космонавтики.